Измерения шагового напряжения и напряжения прикосновения

JavaScript не активен

Вы отключили JavaScript. Пожалуйста, активируйте JavaScript для использования всех предлагаемых нами функций

В некоторых критических местах, например возле ограждения или других металлических частей, возможны появление опасного шагового напряжения и напряжения прикосновения. Поэтому для обеспечения безопасности как людей, так и животных крайне важно измерять напряжения такого типа и на подстанции, и вокруг нее.

Токи, имитирующие условия повреждения, подаются так же, как и при измерении сопротивления заземления, от источника переменной частоты в точку заземления в удаленном местоположении.

Измеренные напряжения сравнивают с наихудшими сценариями аварий и реакций защиты, чтобы определить, соответствует ли система заземления национальным регламентам.

Эксперт рекомендует

CPC 100 + CP CU1 + HGT1

На CPC 100 напряжение можно измерять прямо на устройстве, а при использовании PTM напряжение измеряется с помощью нашего мобильного портативного вольтметра HGT1.

HGT1 представляет собой переносной вольтметр с питанием от аккумуляторов и встроенным анализатором на основе преобразований Фурье. Встроенные резисторы с электронной настройкой позволяют моделировать полное сопротивление человеческого тела. Он обеспечивает широкий динамический диапазон при высокой чувствительности, что позволяет пользователям измерять очень малые напряжения и точно отделять их от помех и возмущений.

CPC 100

Универсальный комплект для испытания оборудования подстанций

CP CU1

Соединительный блок для подачи тока в линии электропередач и высоковольтные кабели

HGT1

Переносной тестер заземления

Запросите инфо

Преимущества данного Решения

Безопасность персонала

Измерения шагового напряжения и напряжения прикосновения крайне важны для обеспечения безопасности людей на подстанции и в прилегающих зонах, в особенности при повреждении в сети.

Высокая мощность и автоматическая настройка

Для измерений без погрешности CPC 100 + CP CU1 генерирует испытательный ток с частотой, отличной от сетевой, и подает его в линию для измерения фактических значений шагового напряжения и напряжения прикосновения.

Подавление шума

С помощью частотноизбирательного вольтметра HGT1 шаговое напряжение и напряжение прикосновения можно измерять на частоте испытательного тока. Этот способ повышает точность измерений, помогая эффективно подавлять шумы.

Полностью автоматизированное испытание

PTM для HGT1 обеспечивает полностью автоматизированное измерение шагового напряжения и напряжения прикосновения. С помощью GPS программа отслеживает точки замера и оценивает показатели согласно действующим стандартам.

Другие решения

COMPANO 100 + HGT1

COMPANO 100 позволяет генерировать испытательный ток с частотой, отличной от сетевой, что помогает избежать ошибок при измерении.

Это обеспечивает высочайшую точность измерения шагового напряжения и напряжения прикосновения.

Используя переносной частотноизбирательный вольтметр HGT1, можно измерять шаговое напряжение и напряжение прикосновения с частотой подающегося тока и без труда выполнять испытания на различных участках сети.

COMPANO 100

Испытательный комплект (с источником тока и напряжения) для первичного и вторичного оборудования и проверки простых реле РЗА

HGT1

Переносной тестер заземления

Запросите инфо

Другие решения

PTM + PTMate

Структурированная база данных ПО Primary Test Manager™ (PTM) позволяет определять местоположения, объекты, задания и протоколы и управлять ими просто и быстро.

PTMate — это ваш мобильный компаньон для PTM. Это приложение позволяет использовать функциональность PTM на смартфоне при работах на объекте.

Primary Test Manager (PTM)

Диагностические испытания, оценка состояния и управление данными оборудования среднего и высокого напряжения

PTMate

Мобильный помощник для PTM для выполнения испытаний на объекте

Запросите инфо

Литература

Связаться с нами

Необходимо больше информации? Есть вопрос?

Запрос демо?
Свяжитесь с нами

Измерения напряжения.

Правила устройства электроустановок в вопросах и ответах [Пособие для изучения и подготовки к проверке знаний] Измерения напряжения. Правила устройства электроустановок в вопросах и ответах [Пособие для изучения и подготовки к проверке знаний]

ВикиЧтение

Правила устройства электроустановок в вопросах и ответах [Пособие для изучения и подготовки к проверке знаний]
Красник Валентин Викторович

Содержание

Измерения напряжения

Вопрос. Где выполняются измерения напряжения?

Ответ. Как правило, выполняются:

на секциях сборных шин переменного и постоянного тока, которые могут работать раздельно, а также на линиях электропередачи при отсутствии сборных шин РУ подстанции (схемы «мостик», «блок линия-трансформатор», «четырехугольник», «расширенный четырехугольник» и др.). Допускается установка одного прибора с переключением на несколько точек измерений.

На подстанциях допускается измерять напряжение только на стороне низшего напряжения, если установка трансформатора напряжения на стороне высшего напряжения не требуется для других целей;

в цепях генератора постоянного и переменного тока, синхронных компенсаторов, а также в отдельных случаях в цепях агрегатов специального назначения;

в цепях возбуждения синхронных машин мощностью 1 МВт и более;

на стороне низшего или среднего напряжения автотрансформаторов 330 кВ и выше с регулированием напряжения в нейтрали для возможности контроля перевозбуждения магнитопровода;

в цепях силовых преобразователей, аккумуляторных батарей, зарядных и подзарядных устройств;

в цепях дугогасящих реакторов.

В трехфазных сетях, как правило, производятся измерения одного междуфазного напряжения (1.6.10).

Вопрос. Какие измерительные приборы применяются на сборных шинах 110 кВ и выше электростанций и подстанций, являющихся узловыми точками (в части ведения режима энергосистемы)?

Ответ. Применяются щитовые приборы непрерывного измерения класса точности не ниже 1,0 и измерительные приборы класса точности не ниже 0,5 (1.6.11).

Вопрос. Где производят регистрацию значений одного междуфазного напряжения?

Ответ. Производят:

на сборных шинах 110 кВ и выше электростанций и узловых подстанций;

на блочных синхронных генераторах мощностью 12 МВт и более и синхронных компенсаторов мощностью 25 МВ·А и более (1.6.12).

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Уровни и регулирование напряжения, компенсация реактивной мощности

Уровни и регулирование напряжения, компенсация реактивной мощности Вопрос. Какие требования предъявляются к устройствам регулирования напряжения?Ответ. Они должны обеспечивать поддержание напряжения на шинах напряжением 3-20 кВ электростанций и подстанций, к которым

Измерительные трансформаторы напряжения

Измерительные трансформаторы напряжения Вопрос. Что входит в объем испытаний измерительных ТН?Ответ. В объем испытаний входит: для электромагнитных ТН:измерение сопротивления изоляции обмоток;испытание повышенным напряжением частоты 50 Гц;измерение сопротивления

Защита генераторов, работающих непосредственно на сборные шины генераторного напряжения

Защита генераторов, работающих непосредственно на сборные шины генераторного напряжения Вопрос. От каких видов повреждений предусматриваются устройства РЗ для генераторов мощностью более 1 МВт напряжением выше 1 кВ?Ответ. Предусматриваются устройства РЗ от следующих

Автоматическое регулирование возбуждения, напряжения и реактивной мощности

Автоматическое регулирование возбуждения, напряжения и реактивной мощности Вопрос.

Для каких целей предназначаются системы и устройства автоматического регулирования возбуждения, напряжения и реактивной мощности?Ответ. Предназначаются для:поддержания необходимых

Автоматическое ограничение снижения напряжения (АОСН)

Автоматическое ограничение снижения напряжения (АОСН) Вопрос. Для каких целей предназначены устройства АОСН?Ответ. Предназначены для предотвращения снижения напряжения в узлах энергосистемы в послеаварийных режимах до значения, опасного по условиям устойчивости

Автоматическое ограничение повышения напряжения (АОПН)

Автоматическое ограничение повышения напряжения (АОПН) Вопрос. Для каких целей предназначены устройства АОПН?Ответ. Предназначены для ограничения длительности повышения напряжения на электрооборудовании энергосистемы, вызванного односторонним отключением линий

3.

8. Датчик пропадания сетевого напряжения со звуковой индикацией состояния

3.8. Датчик пропадания сетевого напряжения со звуковой индикацией состояния Рассмотрим простое в построении устройство датчика отключения электроэнергии со звуковым сигнализатором состояния, электрическая схема которого представлена на рис. 3.13. Устройство

Делитель напряжения

Делитель напряжения Делитель напряжения представляет собой простой, но очень важный элемент схемы. Его использование позволяет состыковать большинство резистивных сенсорных датчиков с входом компаратора. Опорное напряжение получается также с помощью делителя

9. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ АППАРАТЫ И КОМПЛЕКТНЫЕ УСТРОЙСТВА НИЗКОГО НАПРЯЖЕНИЯ (ДО 1000 В)

9. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ АППАРАТЫ И КОМПЛЕКТНЫЕ УСТРОЙСТВА НИЗКОГО НАПРЯЖЕНИЯ (ДО 1000 В) В данном разделе приведены указания по ремонту следующих групп аппаратов общепромышленного назначения напряжением до 1000 В: рубильники и переключатели, автоматические воздушные выключатели,

10.

 ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ АППАРАТЫ ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ (ВЫШЕ 1000 В) И СИЛОВЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ

10. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ АППАРАТЫ ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ (ВЫШЕ 1000 В) И СИЛОВЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ В данном разделе приведены нормативы и указания по ремонту следующих аппаратов высокого напряжения и силовых преобразователей: выключатели масляные, воздушные и электромагнитные;

1.8.18. Измерительные трансформаторы напряжения

1.8.18. Измерительные трансформаторы напряжения Вопрос 76. Какими должны быть измеренные значения сопротивления изоляции электромагнитных трансформаторов напряжения?Ответ. Эти значения должны быть не менее приведенных в табл. 1.8.15 (п. 1.1).Таблица 1.8.15Сопротивление изоляции

Глава 24 Гравитация и упругие напряжения

Глава 24 Гравитация и упругие напряжения Наиболее подробно, данная тема раскрыта в работах Ю. Г. Белостоцкого, Санкт – Петербург. Мы были с ним знакомы по конференциям, и я проводил ряд экспериментов по его методике в 1996–1998 годах.Белостоцкий писал в книге «Что такое время?»

45. Измерение сил, моментов и напряжения

45. Измерение сил, моментов и напряжения Общие методы измерения этих величин следующие.1. Измерение проводится непосредственно путем обеспечения прямого контакта прибора с измеряемой величиной.2. Измеряют деформации (в детали или в ее модели), после пересчитывают

Медицинские измерения

Медицинские измерения В медицине измеряют множество разных величин, например концентрации каких-либо веществ в каких-либо средах, механические величины (вес, линейные размеры, перемещение, давление, силу, объем выдыхаемого воздуха), частоты (пульса, дыхания),

6.

4.2. АППАРАТЫ ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ

6.4.2. АППАРАТЫ ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ Выключатели высокого напряжения. Выключатель является одним из основных видов ЭА, обеспечивающих включение и отключение электрических цепей с различными токами, в том числе токами перегрузки и коротких замыканий.В начале XX в. появились

Измерение напряжения постоянного тока (DC)

 

При измерении напряжения следует учитывать такие аспекты, как измерение высокого напряжения, контуры заземления, синфазное напряжение и топологии изоляции.

 

Высоковольтные измерения и изоляция

 

При измерении более высоких напряжений необходимо учитывать множество вопросов. При определении системы сбора данных первый вопрос, который вы должны задать, — будет ли система безопасной. Выполнение высоковольтных измерений может быть опасным для вашего оборудования, тестируемого устройства и даже для вас и ваших коллег. Чтобы обеспечить безопасность вашей системы, вы должны обеспечить изолирующий барьер между пользователем и опасным напряжением с помощью изолированных измерительных устройств.

 

Изоляция , средства физического и электрического разделения двух частей измерительного устройства, которые можно разделить на электрическую и защитную изоляцию. Электрическая изоляция относится к устранению путей заземления между двумя электрическими системами. Обеспечив гальваническую развязку, вы можете разорвать контуры заземления, увеличить диапазон синфазных сигналов системы сбора данных и сместить опорный уровень сигнала на единую системную землю. Защитная изоляция ссылается на стандарты, содержащие особые требования к изоляции людей от контакта с опасным напряжением. Он также характеризует способность электрической системы предотвращать передачу высокого напряжения и переходных напряжений через ее границу на другие электрические системы, с которыми может контактировать пользователь.

 

Включение изоляции в систему сбора данных имеет три основные функции: предотвращение контуров заземления, подавление синфазного напряжения и обеспечение безопасности.

 

Узнайте больше об измерениях высокого напряжения и изоляции.

 

 

Контуры заземления

Контуры заземления являются наиболее распространенным источником шума в приложениях сбора данных. Они возникают, когда две соединенные клеммы в цепи имеют разные потенциалы земли, что приводит к протеканию тока между двумя точками. Местное заземление вашей системы может быть на несколько вольт выше или ниже уровня земли ближайшего здания, а близлежащие удары молнии могут увеличить разницу до нескольких сотен или тысяч вольт. Это дополнительное напряжение само по себе может вызвать значительную ошибку в измерении, но вызывающий его ток может также связывать напряжения в близлежащих проводах. Эти ошибки могут проявляться в виде переходных процессов или периодических сигналов. Например, если контур заземления образован линиями электропередач переменного тока с частотой 60 Гц, нежелательный сигнал переменного тока появляется при измерении в виде периодической ошибки напряжения.

 

При наличии контура заземления измеренное напряжение , ΔV _m , представляет собой сумму напряжения сигнала, Vs, и разности потенциалов, ΔV _g , которая существует между землей источника сигнала и заземление измерительной системы, как показано на рис. 6. Этот потенциал обычно не является уровнем постоянного тока; таким образом, результатом является зашумленная измерительная система, часто показывающая в показаниях частотные составляющие сети 60 Гц.

 

 

Рис. 3. Заземленный источник сигнала, измеренный с помощью системы заземления, включает контуры заземления использовать изолированное измерительное оборудование. Использование изолированного оборудования устраняет путь между землей источника сигнала и измерительным устройством, тем самым предотвращая протекание тока между несколькими точками заземления.

 

 

Синфазное напряжение

Идеальная дифференциальная измерительная система реагирует только на разность потенциалов между двумя ее клеммами, входами (+) и (-). Дифференциальное напряжение на паре цепей является полезным сигналом, однако может существовать нежелательный сигнал, общий для обеих сторон пары дифференциальных цепей. Это напряжение известно как синфазное напряжение . Идеальная дифференциальная измерительная система полностью отбрасывает синфазное напряжение, а не измеряет его. Однако практические устройства имеют несколько ограничений, описываемых такими параметрами, как диапазон синфазного напряжения и коэффициент подавления синфазного сигнала (CMRR), которые ограничивают возможность подавления синфазного напряжения.

 

Диапазон синфазного напряжения определяется как максимально допустимый размах напряжения на каждом входе относительно земли измерительной системы. Нарушение этого ограничения приводит не только к ошибке измерения, но и к возможному повреждению компонентов устройства.

 

Коэффициент подавления синфазных сигналов описывает способность измерительной системы подавлять синфазные напряжения. Усилители с более высокими коэффициентами подавления синфазных сигналов более эффективны при подавлении синфазных напряжений.

 

В неизолированной дифференциальной измерительной системе в цепи между входом и выходом все еще существует электрический путь. Поэтому электрические характеристики усилителя ограничивают уровень синфазного сигнала, который можно подать на вход. При использовании изолирующих усилителей устраняется проводящий электрический путь, а коэффициент подавления синфазного сигнала резко увеличивается.

 

 

Топологии изоляции

Важно понимать топологию изоляции устройства при настройке измерительной системы. Различные топологии имеют несколько связанных с ними соображений стоимости и скорости. Двумя распространенными топологиями являются канал-канал и банк.

 

 

Межканальная

Наиболее надежной топологией изоляции является межканальная изоляция . В этой топологии каждый канал индивидуально изолирован друг от друга и от других неизолированных компонентов системы. Кроме того, каждый канал имеет свой изолированный источник питания.

Что касается скорости, то есть несколько архитектур на выбор. Использование разделительного усилителя с аналого-цифровым преобразователем (АЦП) на канал обычно быстрее, поскольку вы можете получить доступ ко всем каналам параллельно. Более экономичная, но более медленная архитектура включает мультиплексирование каждого изолированного входного канала в один АЦП.

Другой метод обеспечения межканальной изоляции заключается в использовании общего изолированного источника питания для всех каналов. В этом случае синфазный диапазон усилителей ограничен шинами питания этого источника питания, если только вы не используете входные аттенюаторы.

 

Банк

Другая топология изоляции включает объединение или группировку нескольких каналов вместе для совместного использования одного изолирующего усилителя. В этой топологии разность синфазных напряжений между каналами ограничена, но синфазное напряжение между банком каналов и неизолированной частью измерительной системы может быть большим. Отдельные каналы не изолированы, но банки каналов изолированы от других берегов и от земли. Эта топология является более дешевым решением по изоляции, поскольку в этой конструкции используется один изолирующий усилитель и источник питания.

Методы измерения низкого напряжения | Tektronix

Введение

Электроника продолжает сокращаться, так как потребители требуют более быстрых, многофункциональных продуктов во все более компактных форм-факторах. Из-за своих небольших размеров эти электронные компоненты обычно имеют ограниченную мощность. В результате при определении электрических характеристик этих компонентов необходимо, чтобы тестовые сигналы были небольшими, чтобы предотвратить поломку компонента или другое повреждение.

Испытания этих устройств и материалов часто включают измерения низкого напряжения. Это включает в себя источник известного тока, измерение результирующего напряжения и расчет сопротивления. Если устройство имеет низкое сопротивление, то результирующее напряжение будет очень маленьким, и необходимо соблюдать большую осторожность, чтобы уменьшить напряжение смещения и шум, которыми обычно можно пренебречь при измерении более высоких уровней сигнала.

Даже если сопротивление далеко от нуля, измеряемое напряжение часто очень мало из-за необходимости подачи только небольшого тока во избежание повреждения устройства. Это ограничение мощности часто делает определение сопротивления современных устройств и материалов очень сложным.

В этой статье обсуждаются методы устранения термоэлектрических напряжений для обеспечения более точных измерений сопротивления, включая трехэтапный метод измерения дельты для маломощных/низковольтных приложений. Кроме того, в нем также представлен метод точного измерения дифференциальной проводимости.

Измерение низкого напряжения

Существует множество факторов, затрудняющих измерение низкого напряжения. Например, различные источники шума могут препятствовать разрешению фактического напряжения, а термоэлектрические напряжения (термоэлектрические ЭДС) могут вызывать смещения погрешностей и дрейф показаний напряжения. В прошлом можно было просто увеличивать испытательный ток до тех пор, пока напряжение срабатывания ИУ не станет намного больше, чем эти ошибки, но с сегодняшними устройствами меньшего размера это больше не вариант. Увеличение испытательного тока может привести к нагреву устройства, изменению сопротивления устройства или даже к его выходу из строя. Ключом к получению точных, последовательных измерений является устранение ошибки. Для приложений измерения низкого напряжения такая ошибка состоит в основном из белого шума (случайный шум на всех частотах) и шума 1/f. Термоэлектрические напряжения (обычно имеющие распределение 1/f) генерируются из-за разницы температур в цепи.

Сопротивление рассчитывается по закону Ома; то есть постоянное напряжение, измеренное на устройстве, деленное на постоянный ток стимула, дает сопротивление. Показания напряжения будут представлять собой сумму индуцированного напряжения на устройстве (V _R ), сопротивления проводов и контактов (V _рез выводов), других шумов 1/f (V _{1/f шум} ) и белый шум (V _{белый шум} ) и термоэлектрические напряжения (V _t ). Использование четырех отдельных проводов для подключения вольтметра и источника тока к устройству устраняет сопротивление проводов, поскольку вольтметр не будет измерять падение напряжения на проводах источника. Внедрение фильтрации может уменьшить белый шум, но не значительно уменьшит шум 1/f, который часто устанавливает минимальный уровень шума измерения.

Рис. 1. На схеме слева показана стандартная установка для измерения сопротивления постоянному току. Изменение стандартной схемы измерения на схему справа с использованием четырех выводов устраняет ошибки, связанные с сопротивлением выводов.

Термоэлектрические напряжения обычно имеют характеристику 1/f. Это означает, что может быть значительное смещение, и чем больше выполнено измерений, тем больше смещение. В совокупности смещение и дрейф могут даже превышать V _R , напряжение на ИУ, индуцированное приложенным током. Можно уменьшить термоэлектрические напряжения, используя такие методы, как полностью медная конструкция цепи, тепловая изоляция, точный контроль температуры и частая очистка контактов.

Какие бы шаги ни предпринимались для минимизации термоэлектрических напряжений, устранить их невозможно. Было бы предпочтительнее иметь метод, который позволял бы точно измерять сопротивление даже при наличии больших термоэлектрических напряжений, вместо того, чтобы работать над их минимизацией.

Дельта-метод измерения сопротивления

Одним из способов устранения постоянного термоэлектрического напряжения является использование дельта-метода, при котором измерения напряжения выполняются сначала при положительном, а затем при отрицательном испытательном токе. Для компенсации изменения термоэлектрического напряжения можно использовать модифицированный метод. В краткосрочной перспективе термоэлектрический дрейф можно представить как линейную функцию. Разница между последовательными показаниями напряжения представляет собой наклон или скорость изменения термоэлектрического напряжения. Этот наклон постоянен, поэтому его можно отменить, трижды сменив источник тока, чтобы выполнить два измерения дельты — одно на отрицательном шаге и одно на положительном шаге. Чтобы линейное приближение было действительным, источник тока должен быстро меняться, а вольтметр должен производить точные измерения напряжения в течение короткого интервала времени. Если эти условия соблюдены, трехшаговый дельта-метод дает точное значение напряжения предполагаемого сигнала, не подверженное влиянию термоэлектрических смещений и дрейфов.

Анализ математики для одного трехшагового дельта-цикла покажет, как этот метод компенсирует разницу температур в контуре, уменьшая тем самым погрешность измерения. Рассмотрим пример в Рисунок 2a :

Испытательный ток = ±5 нА ;
Устройство = сопротивление 500 Ом

Рис. 2a: На графике показан метод переменного трехточечного дельта измерения напряжения без погрешности термоэлектрического напряжения.

Игнорируя ошибки термоэлектрического напряжения, напряжения, измеренные на каждом из шагов, составляют:

В ₁ = 2,5 мкВ ; В ₂ = –2,5 мкВ ; V ₃ = 2,5 мкВ

Предположим, что температура линейно увеличивается в течение короткого промежутка времени таким образом, что она создает профиль напряжения, подобный показанному на рис. чтение.

Рис. 2b: Линейное увеличение температуры приводит к изменению ошибки термоэлектрического напряжения, которая устраняется методом трехточечного дельта.

Как На рис. 2b показано, что напряжения, измеряемые вольтметром, включают погрешность из-за увеличения термоэлектрического напряжения в цепи и больше не имеют одинаковой величины. Однако абсолютная разница между измерениями погрешна на постоянную величину 100 нВ, поэтому этот член можно отменить. Первым шагом является расчет дельта-напряжения. Первая дельта напряжения (V _a ) равна:

V _a = отрицательный шаг = (V ₁ – V ₂ )/2 = 2,45 мкВ

Вторая дельта напряжения (В _b ) производится при положительном шаге тока и равна:

В _b = положительный шаг = (В ₃ – V ₂ )/2 = 2,55 мкВ

Термоэлектрическое напряжение добавляет отрицательную погрешность в Va и положительную погрешность при вычислении Vb. Когда тепловой дрейф является линейным, эти члены ошибки равны по величине. Таким образом, мы можем устранить ошибку, взяв среднее значение V _a и V _b :

V _f = конечное значение напряжения = (V _a + V _b )/2 = ½[(V ₁ – V _{+ 2} (V)/ ₃ – В ₂ )/2] = 2,5 мкВ

Дельта-метод устраняет ошибку, связанную с изменением термоэлектрического напряжения

Таким образом, измерение вольтметра представляет собой напряжение, индуцированное только током возбуждения. Поскольку чередование продолжается, каждое последующее считывание представляет собой среднее значение трех последних аналого-цифровых преобразований.

Трехступенчатый дельта-метод — лучший выбор для высокоточных измерений сопротивления. На рис. 3 сравниваются результаты 1000 измерений резистора сопротивлением 100 Ом, выполненных при испытательном токе 10 нА в течение примерно 100 секунд. В этом примере скорость изменения термоэлектрического напряжения не превышает 7 мкВ/с. Двухшаговый дельта-метод колеблется на 30% по мере дрейфа напряжения термоэлектрической ошибки. В отличие от этого, трехшаговый дельта-метод имеет гораздо меньший уровень шума — на измерение не влияют термоэлектрические изменения в тестовой цепи.

Требования к оборудованию

Успех трехшагового дельта-метода зависит от линейной аппроксимации теплового дрейфа за короткий промежуток времени. Это приближение требует, чтобы время цикла измерения было меньше, чем тепловая постоянная времени испытательной системы. Это накладывает определенные требования к используемому источнику тока и вольтметру.

Источник тока должен быстро меняться через равные промежутки времени, чтобы термоэлектрическое напряжение изменялось на одинаковую величину между каждым измерением.

Вольтметр должен быть точно синхронизирован с источником тока и способен производить точные измерения за короткий промежуток времени. Синхронизация способствует аппаратному установлению связи между приборами, так что вольтметр может выполнять измерения напряжения только после того, как источник тока установится, а источник тока не меняет полярность до тех пор, пока измерение напряжения не будет завершено. Скорость измерения вольтметра имеет решающее значение для определения общего времени цикла; более быстрые измерения напряжения означают более короткое время цикла. Для надежных измерений сопротивления вольтметр должен поддерживать эту скорость без ущерба для малошумящих характеристик.

В приложениях с низким энергопотреблением источник тока должен быть способен выдавать низкие значения тока, чтобы не превышать максимальную номинальную мощность устройства. Эта способность особенно важна для устройств с умеренно высоким и высоким импедансом.

Дифференциальная проводимость

Еще одним важным методом измерения характеристик твердотельных и наноразмерных устройств является дифференциальная проводимость. Для этих материалов вещи редко упрощаются до закона Ома. В этих нелинейных устройствах сопротивление больше не является константой, поэтому для их изучения необходимо подробное измерение наклона этой кривой ВАХ в каждой точке. Эта производная называется дифференциальной проводимостью, dG = dI/dV (или ее обратной величиной). , дифференциальное сопротивление, dR = dV/dI). Фундаментальная причина интереса дифференциальной проводимости состоит в том, что проводимость достигает максимума при напряжениях (точнее, при энергиях электронов, в эВ), при которых электроны наиболее активны. В разных областях это измерение можно назвать спектроскопией электронной энергии, туннельной спектроскопией или плотностью состояний.

Как правило, исследователи проводят измерения дифференциальной проводимости одним из двух методов: получением кривой ВАХ с вычисленной производной или методом переменного тока. Метод кривой ВАХ требует только одного источника и одного измерительного прибора, что делает его относительно простым в координации и управлении. Выполняется вольтамперная развертка и находится математическая производная. Однако взятие математической производной усиливает любой шум измерения, поэтому тесты необходимо запускать несколько раз, а результаты усреднять, чтобы сгладить кривую перед вычислением производной. Это приводит к длительному времени испытаний.

Рисунок 4: Метод кривой ВАХ для измерения дифференциальной проводимости включает в себя дифференцирование сигнала, которое усиливает шум.

Метод переменного тока снижает уровень шума и время тестирования. Он накладывает синусоиду переменного тока малой амплитуды на качающееся смещение постоянного тока. Это включает в себя множество единиц оборудования, и его трудно контролировать и координировать. Сборка такой системы занимает много времени и требует обширных знаний в области электрических схем. Таким образом, хотя метод переменного тока производит немного меньший шум, он намного сложнее.

Рисунок 5: Метод переменного тока для получения дифференциальной проводимости может использовать до полдюжины компонентов, что делает его гораздо более сложным, чем метод кривой ВАХ. Однако количество шума, вносимого в измерения, уменьшается. Рисунок 6: Выполнение измерений дифференциальной проводимости с использованием всего двух инструментов, которые включают в себя все инструменты, используемые в методе переменного тока.

Однако существует другой способ получения дифференциальных измерений проводимости, который является одновременно простым и малошумным. Этот метод включает в себя источник тока, который объединяет компоненты постоянного и переменного тока в один инструмент. Нет необходимости выполнять вторичное измерение тока, потому что прибор является настоящим источником тока. На рис. 7 показан источник тока при дифференциальном измерении проводимости. Форма волны может быть разбита на переменный ток и ступенчатый ток. Используя точно такие же расчеты, как и в дельта-методе, можно выполнить точные измерения сопротивления или проводимости с измерениями в каждой точке лестницы. Поскольку метод трехступенчатой ​​дельты устраняет линейно дрейфующие смещения, он также невосприимчив к эффектам нашей линейно изменяющейся лестницы. Кроме того, нановольтметр, используемый в этом методе, имеет меньший шум, чем синхронные усилители на частоте переменного тока.

Рисунок 7: Форма волны, используемая в новой методике, представляет собой линейную ступенчатую функцию, которая объединяет переменный ток с ступенчатым током.

У этого метода есть несколько преимуществ. Один из них заключается в том, что в областях с наибольшей проводимостью берется больше точек данных за счет получения развертки с равными шагами тока. Эти районы представляют наибольший интерес для исследователей и дают подробные данные. Кроме того, наличие всего одного прибора, который одновременно является источником тока и измеряет напряжение, значительно упрощает настройку оборудования. Наконец, сниженный уровень шума может сократить время тестирования с часа до пяти минут

Заключение

Термоэлектрические ЭДС часто являются основным источником ошибок при измерениях сопротивления при малом сопротивлении/малой мощности. Эта ошибка может быть почти полностью устранена с помощью метода трехточечного обращения тока.